Turbulence-Induced Safety Factor Profile Flattening at Rational Surfaces in Tokamaks with Low Magnetic Shear
该研究针对低磁剪切托卡马克近有理曲面情形，揭示离子尺度湍流电流通过形成带状磁势波纹和阶梯状安全因子剖面来抑制湍流输运，为ITB形成提供机制解释。
2024-12-02 physics.plasm-ph
Turbulence suppression by energetic particle effects in modern optimized stellarators
湍流传输是已知的，以限制等离子体约束的现代优化仿星器。为了解决这个问题，提出了一种强烈抑制此类设备中湍流的新方法，即超热粒子的共振波粒相互作用-例如，来自离子回旋共振频率（ICRF）加热-具有连续性驱动的微不稳定性，如离子温度梯度（ITG）模式。通过分析理论和大尺度陀螺动力学模拟证明了这种机制的有效性，揭示了高达$80\%$的整体湍流减少。这些结果为新的和尚未探索的仿星器方案提供了希望，这些方案具有增强的约束和改进的性能，对于在未来设备中实现燃烧等离子体至关重要。
2020-02-29 physics.plasm-ph
Tracing the Pathway from Drift-Wave Turbulence with Broken Symmetry to the Generation of Sheared Axial Mean Flow
本研究追踪线性等离子体装置CSDX中对称性破缺的碰撞漂移波湍流产生的剪切轴流。随着密度分布变陡，轴向雷诺应力发展并驱动平行于磁场的径向剪切轴向流。结果表明，雷诺应力的非扩散段是由密度梯度驱动的，是湍流谱不对称性的结果，是动力学起源的。两者合计，这些研究结果构成了第一次同时演示的因果关系之间的联系密度梯度，湍流和应力与破缺谱对称性，和平均轴向流。
2018-05-17 physics.plasm-ph
The third-order law for increments in magnetohydrodynamic turbulence with constant shear
本文将均匀不可压缩磁流体（MHD）湍流中三阶结构函数的理论推广到存在常速度剪切的情况。一个概括的通常的关系[Politano和Pouquet，物理评论E，57 - 21（1998）]之间的三阶结构函数和耗散率在稳定的惯性范围内的湍流，其中剪切起着至关重要的作用。特别地，剪切的存在导致三阶定律，其不是简单地与相对分离成比例。对实验室和空间等离子体的可能影响进行了讨论。
2009-07-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Symmetry breaking in MAST plasma turbulence due to toroidal flow shear
与托卡马克等离子体的微分环向旋转相关的流动剪切破坏了由磁平衡的上下对称性所施加的湍流波动的基本对称性。使用实验束发射光谱（BES）的测量和gyrokinetic模拟，这种对称性破缺的离子尺度的湍流MAST表现为倾斜的空间关联函数和有限的倾斜的波动密度场的分布。倾斜是平均流对湍流结构的“剪切”的统计表示。分布的偏斜度与剪切、近边缘等离子体湍流中长寿命密度结构的出现有关。在何种程度上，这些影响是明显的争论（与模拟的帮助下）依赖于从非线性稳定阈值的距离。远离阈值，对称性被有效地恢复。
2016-10-13 physics.plasm-ph
Turbulence-Generated Stepped Safety Factor Profiles in Tokamaks with Low Magnetic Shear
本文通过回旋动理学模拟发现低磁剪切托卡马克中湍流产生电流可使安全因子剖面在有理面附近呈阶梯状，从而显著降低热输运，为触发内部输运垒和改善约束提供新机制。
2025-02-06 physics.plasm-ph
Flow Shear Suppression of Pedestal Turbulence--A First Principles Theoretical Framework
本文提出了一种分析和计算相结合的回旋动力学方法来解决任意水平的$E \times B$剪切作用下基座湍流输运的标度问题。由于基座中的强梯度和成形，感兴趣的不稳定性不像核心不稳定性那样是曲率驱动的。通过大量的数值模拟（gyrokinetic），它表明，基座模式响应剪切抑制非常像一个基本的解析解相关理论的预测。两者之间的定量协议为我们提供了一个新的可靠的，第一原理（基于物理学）的理论框架来预测剪切抑制的燃烧等离子体，在于在低剪切制度目前的实验没有访问的功效。
2017-06-26 physics.plasm-ph
Effects of shear flows on the evolution of fluctuations in interchange turbulence
本文用非微扰方法研究了不同类型的剪切流对交换湍流中涡量和粒子密度脉动演化的影响。对于相同的剪切强度，密度的运输是减少流光比纬向流，纬向流导致振荡死亡。在无粘性极限下，涡量（密度）由于流束或纬向流而按幂律增长（衰减），由于纬向流和流束的组合效应而按指数增长（衰减），并具有相同的剪切符号。带向流和带向流具有相反的剪切符号，导致多个频率的振荡。
2017-11-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The energetic coupling of scales in gyrokinetic plasma turbulence
从自由能交换的角度分析了磁化等离子体湍流中由于非线性相互作用而引起的垂直空间尺度的耦合。在这里考虑的等离子体，适当的离子或电子绝热电中性响应，所描述的回旋形式主义的环形磁几何。由于温度梯度不稳定性（离子温度梯度（ITG）或电子温度梯度（ETG））驱动的静电涨落，湍流发展。该分析包括将系统分解成一系列尺度结构，同时分别考虑具有特殊对称性的模式（例如，纬向流模式）。这些尺度的相互作用进行了分析，使用能量传递函数，包括向前和向后的分解，尺度通量和局部功能。ITG和ETG情况之间的比较表明，ETG湍流具有更明显的经典湍流行为，表现出更强的能量级联，与gyrokinetic湍流建模的影响。
2014-07-03 physics.plasm-ph
A Model of Energetic Ion Effects on Pressure Driven Tearing Modes in Tokamaks
能量被困离子的线性电阻磁流体动力学（MHD）不稳定性的影响进行了研究，在一个简化的模型，捕捉基本的物理驱动或阻尼的模式，通过磁剪切的变化。被捕获的能量离子的慢下来的分布与电阻MHD不稳定性的漂移动力学轨道相互作用被集成到一个标量贡献的扰动压力，并进入电阻MHD色散关系的渐近匹配形式主义。包括环形磁场线曲率，以在另外的圆柱形模型中对颗粒分布中的捕获进行建模。重点是一个配置，驱动不稳定的m/n = 2/1模式，通过增加压力，其中m是极向模式数和n的环形。粒子和压力可以影响芯区域中的模式，在芯区域中可以存在低的和反向的剪切，并且在谐振表面外部可以存在显著的正剪切。结果表明，高能离子在显著的正切变中运行时，对模式产生阻尼和稳定作用，增加了边缘稳定边界。然而，具有低剪切和反向剪切的内核区域贡献可能会导致模式不稳定。剪切对高能离子压力贡献的这种影响被认为是与文献相一致的。这些结果解释了在δf - MHD模拟中发现2/1模被高能离子阻尼和稳定，而在模拟中发现2/1模被驱动不稳定的现象。这也被发现是一致的2/1模式的稳定性显着改变与核心剪切的相关实验观察。
2017-03-02 physics.plasm-ph
Turbulence suppression by energetic particles: A sensitivity-driven dimension-adaptive sparse grid framework for discharge optimization
采用灵敏度驱动的方法研究了高能粒子在抑制NBI氘和ICRH $^3$ He快离子诱导的类JET情形中的作用。首先，灵敏度驱动的方法的效率被展示为在$21$维参数空间中的扫描，其中仅$250$模拟是必要的。使用传统笛卡尔网格执行的相同扫描（每个$21$维度中只有两个点）将需要$2^{21} = 2,097,152$模拟。然后，一个$14$维参数子空间被认为是，使用灵敏度驱动的方法来找到近似的参数增长率地图平均超过9个双正常波数，表示对湍流抑制的途径。相应的湍流通量，通过非线性模拟获得的优化参数集，减少了两个以上的数量级相比，参考结果。
2021-03-04 physics.plasm-ph
Suppression of temperature-gradient-driven turbulence by sheared flows in fusion plasmas
本研究构建了垂直流剪切影响聚变等离子体温度梯度湍流的唯象理论，划分弱、强剪切区并给出标度律，发现涨落纵横比的核心作用，预测与两类模拟吻合，还提出离子尺度流抑制电子湍流的潜在机制。
2025-01-09 physics.plasm-ph
Sustained turbulence and magnetic energy in non-rotating shear flows
从数值模拟，我们表明，非旋转磁流体动力学剪切流是不稳定的有限振幅的速度扰动，成为湍流，导致的增长和维持的磁能，包括大规模的领域。这支持的概念，持续的磁能从湍流是独立的驱动机制足够大的磁雷诺数。
2017-03-08 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Non-perturbative statistical theory of intermittency in ITG drift wave turbulence with zonal flows
研究了离子温度梯度湍流中动量通量和纬向流形成的概率分布函数，包括剪切流对动量通量和纬向流形成的概率分布函数的影响。虽然ITG湍流保持高水平的运输，这可能会被剪切流抑制。带状流也显示在这里有一个增强的可能性产生进一步从边际稳定，然后将调节ITG湍流，这是更突出的剪切流增加，导致一个自我调节系统。
2009-07-06 physics.plasm-ph
Leveling of MHD turbulence imbalance in shear flows
Abastumani Astrophysical Observatory（阿巴斯图马尼天体物理观测站）；Department of Physics, Faculty of Exact and Natural Sciences, Tbilisi State University（第比利斯国立大学精确与自然科学学院物理系）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；M. Nodia Institute of Geophysics（M.诺迪亚地球物理研究所）
本研究通过线性非模态动力学揭示了鞘流中MHD湍流不平衡的平衡机制，为理解太阳风中的湍流平衡提供了新视角。
2026-09-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The effect of background flow shear on gyrokinetic turbulence in the cold ion limit
冷离子限制的本地gyrokinetic模型严格采取产生一个非线性系统的流体方程，其中包括背景流剪切。不需要流体闭合。通过考虑一个简单的磁漂移板的几何形状，但没有磁剪切，这些流体方程减少到Charney-Hasegawa-Mima模型中存在的流动剪切。该模型的解析解被发现，以研究ExB流剪切对单个平行速度梯度（PVG）驱动模式的稳定性的影响。此外，该模型被用来调查的基本三模式的非线性耦合，揭示了纬向和非纬向模式之间的差异的背景ExB流剪切的效果。这些分析结果与陀螺动力学模拟一致，可以作为基准的流动剪切和非线性耦合的数值实现。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Metamorphosis of plasma turbulence-shear flow dynamics through a transcritical bifurcation
通过分岔和稳定性分析，研究了约束等离子体湍流调节器经济模型的结构特性。一个密切的关系，表现出潜在的分歧框架的模型和典型的行为与低到高的限制过渡，如剪切流稳定的湍流和振荡的集体行动。特别是，分析表明两种类型的不连续过渡，是定性不同的。一个涉及经典的滞后，由粘性耗散。另一种是固有的振荡和非滞后的，因此提供了一个模型，经常观察到的所谓的抖动过渡。系统动力学的这种变形或转变是临界破裂的一个重要的后期副作用，它表现为由显著的剪切流驱动引起的不寻常的非对称跨临界分叉。
2002-06-21 physics.plasm-ph
Mean sheared flow and parallel ion motion effects on zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
本文研究了在离子温度梯度（ITG）背景湍流中剪切平均流与带状流（ZF）的直接相互作用以及平行离子运动对ZF产生的影响。本文建立了剪切平均流与纬向流直接相互作用的分析模型。用于环形ITG驱动模式的模型是基于离子连续性，离子温度和平行离子运动的方程，而ZF演变描述的涡度方程。在典型的托卡马克参数下，研究了ZF增长率和实际频率的行为。结果表明，在一般的纬向流增长率被抑制的剪切平均流的存在。此外，随着平行离子运动效应，随着$η_i (= L_n/L_{Ti})$值的增加，ZF变得更加振荡。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Analytic characterization of sub-Alfvénic turbulence energetics
本文针对强磁化可压缩湍流的能量失衡难题，基于相干圆柱流体微元动力学与MHD拉格朗日量，解析证明了转移至动能的磁能主要源于有序与波动磁场间的耦合，且该理论关系与数值模拟高度吻合。
2023-04-07 astro-ph.IM physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Time-Dependent Perpendicular Transport of Energetic Particles for Different Turbulence Configurations and Parallel Transport Models
最近提出了高能粒子在平均磁场中输运的新理论。与其他非线性理论相比，新方法的优点是它提供了一个完整的时间依赖的描述的运输。此外，扩散近似不再是该理论的一部分。本文的目的是将这种新方法与时间相关的模型相结合，用于并行传输和不同的湍流配置，以探索参数制度，我们得到弹道输运，复合子扩散，和正常的马尔可夫扩散。
2017-08-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation of Magnetic Field by Combined Action of Turbulence and Shear
在细长剪切盒中数值研究了非螺旋湍流中叠加线性剪切的平均场发电机的可行性。发现磁场在远大于湍流外尺度的尺度上呈指数增长，其特征尺度为l_B ~ S^{-1/2}，增长率为γ ~ S，其中S为剪切率。这种新发现的剪切发电机效应可能代表了一个非常通用的机制，产生大规模的磁场在广泛的一类天体物理系统的空间相干平均流量。
2008-05-06 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Zero-Turbulence Manifold in a Toroidal Plasma
在托卡马克等离子体中，剪切环向流会导致零湍流输运态的分叉。可以达到的最大温度梯度受到平行速度梯度驱动的亚临界湍流的限制。结果表明，q/ε（磁场节距/反纵横比）是剪切托卡马克湍流的关键控制参数。通过降低q/ε，可以在不触发湍流的情况下实现更高的温度梯度，在某些情况下，与在传输势垒中实验发现的温度梯度相当。在零磁剪切极限下，在参数空间（γ_E，q/ε，R/L_T）上映射出零湍流流形，其中γ_E为垂直流剪切，R/L_T为归一化逆温度梯度尺度。在何种程度上，它可以从线性理论构建进行了讨论。
2012-03-29 physics.plasm-ph
Magnetic shear effects on ballooning turbulence in the boundary of fusion devices
本研究通过模拟与分析，揭示磁剪切调控聚变装置边界气球模湍流的涡旋尺度分离，高剪切实现kx<<ky，低剪切则相反，为预测刮削层宽度和热通量提供依据。
2025-08-06 physics.plasm-ph
Dynamics of reversed shear Alfvén eigenmode and energetic particles during current ramp-up
利用混合MHD-回旋动力学程序模拟研究了常规托卡马克装置中等离子体电流上升过程中高能粒子强驱动的扫频反向剪切Alfvén本征模（RSAE）的动力学行为。考虑了一系列代表长时间尺度MHD平衡演化的时间片的弱反向剪切平衡，详细分析了短时间尺度上的自洽RSAE-EP共振相互作用。线性和非线性RSAE动态被证明是受非微扰效应的EP通过最大化波EP功率传输。在线性阶段，EP诱导出明显的模式结构和频移;同时，由于弱的磁剪切，RSAE通过与共振EP的径向解耦达到饱和，并引起全局EP对流输运和非绝热频率啁啾。相空间波-EP相互作用的时空尺度由相互作用的垂直波长和波粒俘获时间表征。模拟提供的见解一般以及具体功能的RSAE光谱和EP运输从实验观察，并说明了基本的物理波EP共振相互作用与磁几何形状，等离子体的非均匀性和非微扰EP的相互作用。
2020-06-25 physics.plasm-ph
Imbalanced Turbulence Modified by Large-scale Velocity Shears in the Solar Wind
我们研究了太阳风等离子体中的大尺度速度切变如何改变太阳风湍流的不平衡程度。反向传播的阿尔夫维尼克波动之间的平衡，相互作用非线性产生的湍流，已被量化的交叉螺旋度和Elsasser比。在30分钟的时间尺度的速度剪切被确定，与线性Kelvin-Helmholtz（KH）的不稳定性阈值的剪切幅度定义。剪切与74行星际日冕物质抛射（ICME）鞘在1997年至2018年期间在1天文单位的风航天器观察。还分析了鞘上游和ICME喷出物下游的典型较弱剪切。在剪切低于KH阈值，不平衡是近似不变的或微弱的上升与剪切振幅。在KH阈值以上，随着剪切振幅的增加，波动趋于平衡状态。磁压缩性也被发现增加以上的KH阈值。这些研究结果是一致的速度剪切是当地的向阳波动，以减少净不平衡的antisunward方向的来源，并建议KH不稳定在这个过程中发挥了作用。
2023-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of magnetic perturbations on turbulence-flow dynamics at the L-H transition on DIII-D
来自DIII-D托卡马克的详细2D湍流测量提供了共振磁扰动（RMP）如何提高L-H功率阈值$P_\textrm{LH}$的解释[P. Gohil等人，Nucl. Fusion 51，103020（2011）]在ITER相关的、低旋转的、具有有利离子$\nabla B$方向的ITER类似形状等离子体中。RMP同时提高湍流去相关率$Δω_D$和降低流动剪切率$ω_\textrm{shear}$在固定的L模式状态之前的L-H转变，从而破坏湍流剪切抑制机制。RMP还降低了极向流的雷诺应力驱动，有助于降低$ω_\textrm{shear}$。在L-H转变的~100 μs时间尺度上，RMP将雷诺应力驱动的从湍流到流动的能量转移降低了一个数量级，挑战了L-H触发机制的能量耗尽理论。相比之下，不显著影响$P_\textrm{LH}$的非共振磁扰动不影响$Δω_D$，并且仅略微减少$ω_\textrm{shear}$和奥尔德斯应力驱动的能量转移。
2020-04-24 physics.plasm-ph
Resonant Excitation of Shear Alfvén Perturbations by Trapped Energetic Ions in a Tokamak
本文导出了离子回旋共振加热加速高能粒子对高n阿尔文模共振驱动的一个新的解析表达式。这种推导包括有限轨道效应，并且形式主义是完全非微扰的。高n极限被用来计算复杂的粒子响应积分沿轨道明确。这个新的理论被应用到向下扫描阿尔芬级联准模式完成这些模式的理论，并作出可检验的预测。这些预测被认为是一致的实验上进行的联合欧洲环[P。H。反驳和B. E. Keen，Fusion Technol.11，13（1987）]。
2009-11-04 physics.plasm-ph
On the Nature of Magnetic Turbulence in Rotating, Shearing Flows
在剪切盒模型的框架下，研究了旋转剪切流中由磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流的局部特性。基于数值模拟，我们提出MRI驱动的湍流包括两个组成部分：大尺度剪切排列的强磁场和类似磁流体动力学（MHD）湍流的小尺度波动。大尺度分量的能谱接近于$k^{-2}$，而小尺度分量的能谱则与强MHD湍流$k^{-3/2}$的能谱一致。虽然波动的频谱是普遍的，但湍流的外尺度特征不是;它们取决于系统的参数，如净磁通量。然而，所允许的湍流状态之间存在着显著的普适性--它们的强度$v_0$和外尺度$λ_0$满足平衡条件$v_0/λ_0\sim \mathrm dΩ/\mathrm d\ln r$，其中$\mathrm dΩ/\mathrm d\ln r$是流动的局部轨道剪切率。最后，我们发现没有持续的发电机行动中的$\mathrm{Pm}=1$零净通量的情况下，雷诺数高达$45\,000$，铸造怀疑存在的MRI发电机在$\mathrm{Pm}\leq 1$制度。
2015-12-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Detecting Shearless Phase-Space Transport Barriers in Global Gyrokinetic Turbulence Simulations with Test Particle Map Models
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Zhejiang University（浙江大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of São Paulo（圣保罗大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究通过测试粒子映射模型揭示无剪切环在等离子体湍流中的传输屏障作用及再连接机制。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Role of Helium-Hydrogen ratio on energetic interchange mode behaviour and its effect on ion temperature and micro-turbulence in LHD
在大螺旋装置中，高能粒子模式的变化被观察到作为He浓度变化的离子ITB型实验中，具有恒定的电子密度和输入加热功率，但在He丰富的放电中心离子温度的明显增加。这种活动由突发但阻尼的能量交换模式组成（EIC，X Du等人，物理修订版信函114 p.155003（2015）），其发生率在富He放电中显著降低。讨论了驱动和阻尼模式随He浓度变化的机制。这些EIC爆发包括径向电场的显著变化，该径向电场是从用2D相衬成像（PCI）系统测量的湍流的相速度导出的。在边缘快速离子诊断中检测到类似的突发。通过陀螺玻姆缩放的离子热传输被认为是对离子温度变化的贡献，尽管通过这些EIC模式的快速离子损失也可能对离子温度对He浓度的依赖性有贡献，最特别的是控制$T_{i}$轮廓中的“边缘基座”的高度。快离子的稳态水平示出为较大的富氦放电的基础上，一个紧凑的中性粒子分析仪（CNPA），和快离子成分的抗磁性存储的能量。这些事件也对湍流和运输产生影响。在这些事件期间产生的大速度剪切引起的瞬态改善约束和抑制湍流，并具有更大的净效应时，突发更频繁的氢放电。这正好抵消了氢气中增加的陀螺-玻姆相关湍流驱动，这导致氢气中的时间平均湍流水平与氦气中相同。
2018-02-06 physics.plasm-ph
Nonlinear transverse cascade and two-dimensional magnetohydrodynamic subcritical turbulence in plane shear flows
我们发现，并通过数值模拟调查自我维持的二维湍流的磁流体动力学流具有最简单的配置：平面，noninflectional（具有恒定的剪切速度）和线程由一个平行的均匀的背景磁场。这种流动是谱稳定的，因此湍流本质上是亚临界的，因此它可以仅仅由剪切流非常态引起的瞬态增长机制来大力支持。该机制在谱（波数）平面中似乎基本上是各向异性的，并且主要针对空间傅立叶谐波起作用，其中流向波数小于流动剪切与阿尔文速度之比$k_y < S/u_A$（即，阿尔文频率低于剪切速率）。着重分析了湍流的非线性过程特征和自维持机制，关于线性瞬态增长和非线性过程之间的相互作用，在谱平面上。我们的研究涉及一种新的湍流能量注入过程--瞬态增长，代表了MHD湍流研究的主要趋势。我们发现非线性动力学与流体动力学中的相关动力学--与亚临界湍流的\emph{bypass}概念相似。所分析的非线性MHD过程的本质似乎是在波数平面内动能和磁谱能量的横向重新分布[如在相关的流体动力学流动中所发生的那样，见Horton等人，E { \bf 81}，066304（2010）]，并且与MHD剪切流中的（各向异性的正向和反向）级联过程的现有概念根本不同。
2014-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Subcritical Turbulence in the Mega Ampere Spherical Tokamak
托卡马克等离子体的湍流传热是限制聚变堆性能的主要机制。湍流可以由离子温度梯度（ITG）驱动，并由环形剪切流抑制。试图理解湍流的数值模拟对于指导未来反应堆的设计至关重要。我们研究离子尺度湍流通过陀螺动力学模拟在兆安培球形托卡马克（MAST）的外核。我们在ITG和流动剪切的值中执行参数扫描。我们表明，非线性模拟再现实验离子热通量和ITG和流动剪切的实验值位于接近湍流阈值。我们证明了该系统是亚临界存在的流动剪切，即，该系统形式上是稳定的，但是在给定足够大的初始扰动的情况下，该系统过渡到湍流状态。我们提出了一个方案的过渡到湍流先前未报告的托卡马克等离子体：接近阈值，等离子体是由一个低数量的相干长寿命结构为主，作为系统被带离阈值到更不稳定的制度，这些结构的数量增加，直到他们填补域和更传统的湍流出现。我们对我们的模拟与MAST BES诊断的密度波动实验测量之间的相关性进行了比较。我们应用综合诊断我们的模拟数据，并找到合理的协议的相关性模拟和实验湍流，最显着的相关时间。我们表明，湍流的性质本质上是离子热通量的函数。我们发现，湍流接近阈值的流动剪切的强烈影响，而远离阈值，湍流类似于传统的ITG驱动的制度。
2017-03-17 physics.plasm-ph
Cross-field transport and pitch-angle anisotropy of solar energetic particles in MHD turbulence
最近对太阳高能粒子在日光层湍流中传播的模拟也在本讲习班上讨论，研究了俯仰角散射和垂直输运在日光经度上粒子传播中的作用，如多航天器测量（STEREO A/B、ACE、SOHO等）所示。在不同的能量范围内都是1 AU。在某些情况下，颗粒分布的一阶俯仰角各向异性是不可忽略的。本文计算了两种MHD湍流模型（a）3-D各向同性模型和（b）Goldreich-Sridhar提出的各向异性模型，在考虑俯仰角依赖性的非均匀湍流中由于梯度/曲率漂移引起的平均垂直位移。我们发现，在这两种情况下，漂移规模为$(1-μ^2)^2$与余弦的俯仰角$μ$，与以前的模型运输的SEP。这一结果可能会影响SEP通过日光层传播的模型。
2015-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion-temperature-gradient turbulence from finite to weak magnetic shear regime
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究揭示弱磁剪切下ITG湍流径向宽度受微各向同性约束，提出临界剪切判据，并经模拟验证，解释内部输运垒形成机制。
2026-09-29 physics.plasm-ph
Vanishing of Dimits Shift in Realistic Fusion Plasmas with Negative Magnetic Shear
本研究通过回旋动理学模拟发现，负磁剪切下真实聚变等离子体的Dimits位移消失，源于临界稳定区带状流较弱，远离临界区则带状流仍主导湍流输运调控。
2024-01-30 physics.plasm-ph
The Parallel Boundary Condition for Turbulence Simulations in Low Magnetic Shear Devices
仿星器和托卡马克中等离子体湍流的通量管模拟通常采用与磁场线对准的坐标。各向异性湍流波动可以表示在这样的场对齐坐标非常有效，但由此产生的非平凡的边界条件涉及所有三个空间方向，必须小心处理。边界条件的标准“扭曲-位移”公式[Beer，Cowley，Hammett \textit{Phys. Plasmas} \textbf{2}，2687（1995）]是假设轴对称导出的，并且被广泛使用，因为它是有效的，只要全局磁剪切不太小。给出了该公式的推广，适用于非轴对称、仿星器对称配置以及具有小全局剪切的轴对称配置的研究。其核心思想是用积分局部剪切代替标准方法中的“扭曲”（只考虑整体剪切）。这种泛化允许在每个方向上选择模拟域的范围时有更大的自由度，而不会失去场线跟踪坐标的自然效率。它还纠正了与天真的应用程序的轴对称边界条件的非轴对称配置的错误。采用广义边界条件的仿星器湍流的模拟需要比使用（不正确的，轴对称的）边界条件的模拟少得多的分辨率。我们还证明了令人惊讶的结果，（至少在某些情况下）一个容易实现的，但显然是不正确的制定的边界条件不{ \it不}改变重要的预测量，如湍流热通量。
2018-03-28 physics.plasm-ph
Impact of energetic alpha particles on core turbulence in an ARC-class fusion power plant
MIT Plasma Science and Fusion Center（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；University of San Diego（圣地亚哥大学）；York Plasma Institute（约克等离子体研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）；General Atomics（通用原子能公司）
通过回旋动理学模拟，发现聚变产生的α粒子通过快离子失稳模、带状流与背景湍流的多尺度相互作用，显著抑制ARC托卡马克内芯区离子尺度湍流热流和粒子流，且抑制程度随α粒子密度和等离子体β_e增加而增强。
2026-06-19 physics.plasm-ph
Investigating shear flow through continuum gyrokinetic simulations of limiter biasing in the Texas Helimak
以前的限制器偏置实验上的得克萨斯Helimak，一个简单的磁化环面，已经不确定的影响流剪切湍流水平。为了研究这一点，第一个陀螺仪模拟的限制器偏置的Helimak使用等离子体物理代码Gkeyll已经进行，结果在这里。对于所考虑的情况下，湍流主要是由交换不稳定，这取决于梯度的平衡密度剖面。实验和模拟数据的分析表明，剪切速率大多小于局部线性增长率，并不是所有的剪切稳定的要求得到满足。相反，主要是垂直剪切流有一个重要的影响，散装运输和实验平衡密度分布，梯度的变化对应于湍流水平的变化。
2020-02-06 physics.plasm-ph
Electromagnetic effects in the stabilization of turbulence by sheared flow
我们已经扩展了我们的研究之间的竞争的驱动器和稳定的等离子体微不稳定性剪切流，包括在低等离子体$β$（等离子体磁压比）的电磁效应。扩展系统的特征方程制定，从gyrokinetic方程开发的耗散流体模型，使用扭曲模式表示在剪切板的几何形状和专注于离子温度梯度模式。微扰流剪切以我们表示为$Mc_s$（其中$c_s$是声速）的速度沿场对流扰动。需要$M > 1/ \sqrtβ$使系统特性单向，并抑制本征模形成，仅在系统中留下短暂的扰动。这通常表示比仅需要$M>1$的静电情况下大得多的流动剪切。数值研究的区域$M < 1/\sqrtβ$显示的驱动条款可以冲突，在静电的情况下，在一系列参数的低增长率。此外，在适度的驱动强度和低$β$值的实验，包括电磁效应不会显着改变的增长率。对于更强的流剪切和更高的$β$，球形托卡马克的几何特征减轻了由平行流剪切驱动的剪切阿尔文波的不稳定性的影响。
2013-08-05 physics.plasm-ph
Flux surface shaping effects on tokamak edge turbulence and flows
磁通量表面的形状被发现对托卡马克边缘等离子体中的湍流和输运具有强烈的影响。一系列的轴对称平衡与不同的伸长率和三角形，偏滤器配置实施到一个计算陀螺流体湍流模型。确定了成形对湍流和流动的影响机制。运输主要是减少了局部磁剪切和增强纬向剪切流引起的伸长和X点成形。
2005-09-22 physics.plasm-ph
How accurate are flux-tube (local) gyrokinetic codes in modeling energetic particle effects on core turbulence?
本研究针对真实JET参数，通过GENE代码对比全局与局域通量管湍流模拟，评估通量管代码模拟快离子对芯部湍流影响的适用范围，发现仅静电和临界稳定情形下局域模拟有效，线性不稳定AITG/KBAE情形需全局模拟。
2023-05-05 physics.plasm-ph
Mechanism for Sequestering Magnetic Energy at Large Scales in Shear-Flow Turbulence
大尺度剪切流对磁场的拉伸通常被认为会导致小尺度的增强和产生，本文根据天体物理学中对大尺度磁场的持续观测重新研究了这一问题。结果表明，在磁流体动力学湍流，不稳定的剪切流有意想不到的效果，隔离在大尺度的磁能，由于抵消非线性激发的大尺度稳定的本征模的应变运动。通过耗散率、能量转移率和通过人工去除稳定模式的磁场演化的可视化来量化这种效应。这些分析表明，仅基于线性不稳定性物理学的预测错过了实质性的动态，包括磁波动。
2022-06-14 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Condensation of microturbulence-generated shear flows into global modes
在托卡马克边缘湍流的全通量面计算机研究中，剪切流谱被发现控制湍流水平，而不仅仅是传统的（0，0）模式流动。对于大极向尺度长度的连续谱来说，通量管畴太小往往会高估流动，从而低估输运。分析和数值计算表明，在一定条件下，主要的（0，0）-模式的流动独立的域的大小发展，基本上通过玻色-爱因斯坦凝聚的剪切流。
2000-02-02 physics.plasm-ph
Transport Bifurcation Induced by Sheared Toroidal Flow in Tokamak Plasmas
采用第一性原理数值模拟方法研究了差动旋转托卡马克等离子体中的输运分岔现象。这种分叉在零磁剪切区比在有限磁剪切区更可能发生，因为在前一种情况下，垂直于磁场的剪切环向流分量对湍流有最强的抑制作用。在零磁剪切区，在任何有限的流动剪切值下都没有线性本征模增长。然而，亚临界湍流可以持续，由于由离子温度梯度（ITG）和平行速度梯度（PVG）驱动的模式的瞬态增长。尽管如此，在包含宽范围的温度梯度和速度剪切的参数空间中，存在抑制所有湍流的相当大的窗口。结合碰撞（新古典）机制相对较低的动量传输，这产生了从低温到高温和速度梯度的分叉的条件。这个分叉的路径是用大量的模拟插值绘制出来的。数值模拟也被用来构建一个参数模型，该模型准确地描述了温度梯度和流量梯度在很宽的范围内的值的组合效果。使用这个参数模型，它表明，在这个减少运输状态，热量几乎是新古典运输，而动量运输是由亚临界PVG湍流为主。它进一步表明，对于任何给定的输入扭矩，有一个最佳的输入热量的温度梯度最大化。参数模型既描述了亚临界湍流的行为，又描述了流动剪切对输运刚度的复杂影响。它可能被证明是有用的托卡马克与剪切流输运建模。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Suppression of turbulence and subcritical fluctuations in differentially rotating gyrokinetic plasmas
已知微分旋转可以抑制聚变等离子体中的线性不稳定性。然而，即使在没有增长的本征模，亚临界波动，增长瞬态可能导致持续的湍流。在这里被认为是一个垂直ExB速度剪切的存在下，由平行的速度梯度（PVG）和离子温度梯度（ITG）驱动的静电波动的瞬态增长。最大限度地简化情况下的零磁剪切处理的框架内的局部剪切盒。没有线性增长的本征模，所以所有的激励都是瞬态的。初始扰动的最大放大因子和相应的波数作为q/ε（=安全因子/长宽比）、温度梯度和速度切变的函数计算。分析结果证实和补充线性陀螺动力学数值试验。对于足够低的q/ε值（在我们的模型中<7），完全抑制离子尺度湍流的区域是可能的。对于湍流不被抑制的情况下，一个基本的启发式理论的亚临界PVG湍流导致缩放的相关离子热通量与q，ε，速度剪切和温度梯度的建议，有人认为，运输是刚性比ITG制度。
2011-11-21 nlin.CD physics.plasm-ph
Dynamics of homogeneous shear turbulence: A key role of the nonlinear transverse cascade in the bypass concept
为了理解谱稳定剪切流中亚临界湍流的自维持性，我们对不同流域纵横比的均匀剪切湍流进行了直接数值模拟，并在傅立叶空间中分析了动力学过程。在这种流动中没有指数增长的模式，并且由于剪切流的非正态性，湍流仅由扰动谐波的线性增长有力地支持。这种非常态诱导的或非模态的增长在谱空间中是各向异性的，这反过来又导致了该空间中非线性过程的各向异性。其结果是，傅立叶空间中的谐波的横向（角）重新分布似乎是在这些流中的主要非线性过程，而不是直接或逆级联。我们把这种非线性再分布称为非线性横向级联。它表明，湍流是持续的线性非模态增长和非线性的横向级联之间的微妙的相互作用，这证明了一个众所周知的旁路方案的亚临界湍流。这两个基本过程主要在大的长度尺度上操作，与域的大小相当。因此，傅立叶空间的这个中心的小波数区域在自我维持中是至关重要的;我们定义了它的大小，并将其标记为湍流的重要区域。在重要区域之外，非模态增长和横向叶栅是次要的。虽然叶栅和湍流的自持过程在不同的长宽比下在性质上是相同的，但积极参与这一过程的谐波的数量不同，但总是保持相当大。这意味着亚临界湍流的自我维持不能用低阶模型来描述。
2017-05-08 astro-ph.SR nlin.AO physics.flu-dyn
Turbulence, Magnetic Reconnection in Turbulent Fluids and Energetic Particle Acceleration
湍流在天体物理学中无处不在。它从根本上改变了许多天体物理现象，特别是宇宙射线的传播和加速。本文介绍了可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的现代认识，特别是它的Alfvén、慢和快模式的分解，讨论了亚音速和超音速湍流介质的密度结构，以及其他相关的天体物理湍流机制。所有这些信息是必不可少的理解高能粒子加速，我们在审查中进一步讨论。例如，我们展示了快模式和慢模式如何通过二阶费米加速来加速高能粒子，而密度波动在冲击前区域产生磁场，使高能宇宙射线能够实现一阶费米加速。然而，非常重要的是，一阶费米宇宙线加速也可能在磁重联的网站。在湍流的存在下，这种重联变得更快，我们提出了支持Lazarian & Vishniac（1999）模型的预测的数值证据。这个过程的效率表明，磁重联可以在短时间内释放大量的能量。由于粒子追踪数值模拟表明粒子在重联过程中可以有效地加速，我们认为磁重联过程对粒子加速可能比目前公认的要重要得多。特别是，我们讨论了加速所产生的重联作为一个可能的起源的异常宇宙射线测量的旅行者，以及起源宇宙射线过剩的方向Heliotail。
2012-10-31 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Toward quantitative model for simulation and forecast of solar energetic particle production during gradual events -- II: kinetic description of SEP
太阳高能粒子（SEP）对地球和航天器具有很高的破坏潜力，因为它们会对地球和航天器造成多种辐射危害。目前的工作继续一系列开始的文件Borovikov等人。（2018）描述了一种计算工具，可以根据对太阳的观测来模拟和预测SEP威胁。本文介绍了日华（SC）和内日球层（IH）的动力学模型与全球MHD模型的耦合。耦合模型的核心是对阿尔芬波湍流的自洽处理。湍流不仅加热日冕，为太阳风提供动力和加速，而且还作为散射SEP的主要媒介，从而控制SEP的加速和传输。耦合模式中湍流的普遍特征提供了一个真实的描述SEP传输通过使用与太阳风和日冕等离子体观测验证的湍流水平。同时，在1 AU的SEP观测可用于验证IH中湍流的模型，因为观测到的SEP在穿过IH的途中目睹了这种湍流。
2019-11-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Observations of Turbulence and Particle Transport at Interplanetary Shocks: Transition of Transport Regimes
本研究利用四颗 Cluster 航天器观测准垂直行星际激波上游，发现高能质子通量随距离由指数衰减转为幂律衰减，并将其归因于正常扩散向超扩散的转变。
2025-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Energetics of turbulence generated by chiral MHD dynamos
已知左右手费米子数密度的不对称性会在感应方程中产生一个新的项，从而导致发电机不稳定性。在高温下，当手征不对称性可以持续足够长的时间时，这种手征发电机不稳定性可以有效地放大磁场，这反过来又通过洛伦兹力驱动湍流。虽然在数值模拟中已经证明了这种手性磁驱动湍流的存在并强烈影响磁场的动力学，但该过程的细节仍然不清楚。本文的目的是分析手征磁驱动湍流的能量学及其对磁场的产生和动力学的影响，采用直接数值模拟。我们研究了不同初始条件下的这些效应，包括初始手性化学势和磁性普朗特数Pm的变化。特别是，我们确定的比率的动能，磁能，Uppermance，在手性磁驱动湍流。在本研究中探索的参数空间内，Upperdance达到约0.064-0.074的值-独立于初始手性不对称性和Pm=1。我们的模拟表明，当通过降低粘度来增加Pm时，Upperdance按幂律减小。虽然精确的标度取决于拟合准则和雷诺数状态的细节，但报告的近似结果为Upperdance（Pm）=0.1 Pm^{-0.4}。利用数值模拟的结果，我们分析了早期宇宙中手征磁驱动湍流的能量学。
2018-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Supertransient Magnetohydrodynamic Turbulence in Keplerian Shear Flows: The role of the Hall Effect
空间和天体物理等离子体经常出现在差动旋转状态，在这种状态下，磁场的存在会导致磁旋转不稳定性，直接导致吸积盘中的湍流角动量输运等重要现象。在没有外加磁场的情况下，非线性发电机是发生这种传输机制所必需的。在原行星盘中，存在高密度和极低温度的区域，这是霍尔效应发挥作用的两个必要条件，影响发电机和相关湍流的发展。在这项工作中，我们进行了本地磁流体动力学（MHD）模拟研究过渡到弱湍流的开普勒剪切流与霍尔效应。的霍尔效应导致系统的长寿湍流瞬变的衰减时间遵循指数依赖于磁雷诺数和霍尔参数。
2018-11-29 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
Correlation times of velocity and kinetic helicity fluctuations in nonhelical hydrodynamic turbulence
本文通过弱可压缩非螺旋湍流的直接数值模拟，比较旋转、剪切、开普勒流动及剪切burgulence中速度与螺旋度涨落的相关时间，评估非相干α效应驱动发电机的可行性。
2024-09-09 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energetic Particle Perpendicular Diffusion: Simulations and Theory in Noisy Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence
高能带电粒子的传输（例如，宇宙射线）在湍流磁场中的扩散通常以平行于和垂直于大尺度（或平均）磁场的扩散来表征。非线性引导中心理论（NLGC）是一种重要的垂直扩散理论。这个理论的最新版本，基于随机弹道传播的磁场线和回溯校正（RBD/BC），已显示出良好的协议与测试粒子模拟的两个组件的磁湍流模型。本研究的目的是测试的改进理论的一般性，通过将其应用到噪声减少磁流体动力学（NRMHD）湍流模型，确定垂直扩散系数，比较那些从磁力线随机游走（FLRW）和统一的非线性（UNLT）理论和我们的测试粒子模拟。合成NRMHD湍流模型为高能粒子传输创造了特殊条件，在较高的平行波数下没有磁波动，因此如果粒子Larmor半径$R_{\rm L}$甚至略小于最小共振尺度，则没有共振平行散射。这导致平行平均自由程$λ_\parallel$与$R_{\rm L}$的非单调变化。在所考虑的理论中，只有RBD/BC在所考虑的参数范围内在两个因素内匹配模拟。即使理论依赖于$λ_\parallel$，并且对$R_{\rm L}$没有明确的依赖性，也可以获得这种精度。此外，UNLT理论通常提供准确的结果，甚至FLRW极限在许多情况下也提供了非常简单和合理的近似。
2022-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Resonance enhanced turbulent transport
本文在E。Kim [ \emph{Physics of Plasmas}，{ \bf 13}，022308，2006]。湍流扩散被发现至关重要地依赖于抑制之间的竞争，由于剪切和增强，由于共振，取决于剪切流和湍流的特征时间和长度尺度。由于多普勒和参数共振，具有有限记忆时间的湍流会增强传输。在不同的参数空间中提供了湍流振幅和传输的标度。结果表明，振荡剪切流不仅在调节湍流的效率较低，但也可以提高湍流扩散的价值，加速湍流输送。
2008-12-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
